三維編織復(fù)合材料開孔前后剪切性能.pdf

1、三維編織復(fù)合材料中增強(qiáng)纖維束連續(xù)貫穿構(gòu)件的各個(gè)部分并形成整體的空間網(wǎng)狀細(xì)觀結(jié)構(gòu)，從根本上不同于傳統(tǒng)復(fù)合材料的層合結(jié)構(gòu)，鑒于此，三維編織復(fù)合材料正成為軍工領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域的重要材料結(jié)構(gòu)。對其力學(xué)性能的試驗(yàn)和研究是實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料工藝優(yōu)化和性能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而剪切力學(xué)性能更是材料和力學(xué)工程師關(guān)注的焦點(diǎn)。但是國內(nèi)外對于三維編織復(fù)合材料剪切性能研究很少。復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用中常常采用機(jī)械連接以實(shí)現(xiàn)與其它結(jié)構(gòu)的組接，因此需要在結(jié)構(gòu)上開孔以進(jìn)行螺栓或鉚固

2、連接，機(jī)械開孔對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及性能的影響尤為重要。本文研究了三維編織碳纖維復(fù)合材料矩形截面的剪切性能以及其在機(jī)械開孔后的剪切性能。
　　 本文采用三點(diǎn)彎曲式短梁試驗(yàn)方法測試三維編織碳纖維復(fù)合材料矩形截面試件開孔前后的剪切性能，根據(jù)三維編織復(fù)合材料在剪切破壞后的截面狀態(tài)，判斷其破壞模式。切邊三維編織復(fù)合材料試件受剪切破壞時(shí)在加載點(diǎn)附近側(cè)表面裂縫沿紗線走向分布，且裂縫分布范圍得到很好的控制，上下兩表面發(fā)生彎曲破壞，離開側(cè)表面2mm、

3、4mm后內(nèi)部縱向截面除上下表層外均沒有發(fā)生剪切破壞。切邊開孔三維編織復(fù)合材料試件的剪切破壞是矩形試件側(cè)表面和接觸加載桿部分開孔內(nèi)壁的裂縫沿著紗線走向分布，而內(nèi)部未發(fā)生剪切破壞，研究表明機(jī)械開孔對三維編織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和其剪切性能未造成較明顯的擴(kuò)展破壞，即對開孔破壞有很好的控制。
　　 本文采用三點(diǎn)彎曲式短梁試驗(yàn)方法測試三維編織碳纖維復(fù)合材料矩形截面試件開孔前后的剪切強(qiáng)度，研究表明三維五向編織復(fù)合材料的剪切性能較三維四向編織復(fù)合材料

4、好，三維編織復(fù)合材料剪切強(qiáng)度沿長度方向隨著編織角的減小而增加。對三維編織復(fù)合材料矩形試件進(jìn)行機(jī)械開孔，開孔直徑占試件寬度33.3％，并研究其剪切性能的變化，研究表明三維編織復(fù)合材料四向編織復(fù)合材料在機(jī)械開孔后橫向剪切應(yīng)力和剪切強(qiáng)度降低幅度基本控制在33.3％附近，而三維編織復(fù)合材料五向編織復(fù)合材料在機(jī)械開孔后剪切應(yīng)力降低幅度低于三維四向編織復(fù)合材料。該實(shí)驗(yàn)同時(shí)驗(yàn)證了由剪切模式推斷出的三維編織復(fù)合材料機(jī)械開孔后剪切性能降低范圍控制在徑寬比